Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Биполярный шаговый двигатель как запустить

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Драйвер шагового двигателя: принцип работы, особенности, как выбрать драйвер

Как управлять шаговым двигателем

Стандартный шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет две обмотки. Если в системе используется биполярный драйвер, вращение достигается путем подачи определенной последовательности сигналов прямого и обратного тока через две обмотки. Таким образом, для биполярного шагового двигателя требуется H-мост для каждой обмотки. В униполярном приводе используются четыре отдельных драйвера, и они не должны иметь возможность подавать ток в обоих направлениях: центр обмотки представляется как отдельное соединение двигателя, а каждый драйвер обеспечивает ток, протекающий от центра обмотки к концу обмотки. Ток, связанный с каждым драйвером, всегда течет в одном и том же направлении.

На рисунке выше представлен биполярный шаговый двигатель (слева) и униполярный (справа). Направление протекания тока в однополярной системе указывает на то, что центр каждой обмотки подключен к напряжению питания двигателя.

Универсальные микросхемы для управления шаговым двигателем

Первое, что нужно иметь в виду – это то, что микросхемы, предназначенные для основных функций управления двигателем могут использоваться с шаговыми двигателями. Вам не нужна микросхема, которая специально помечена или продается как устройство управления шаговым двигателем. Если вы используете биполярный привод, вам нужно два H-моста на шаговый двигатель; Если вы используете однополярный подход, вам нужно четыре драйвера для одного двигателя, но каждый драйвер может быть одним транзистором, потому что все, что вы делаете, это включаете и выключаете ток, а не меняете его направление.

Примером компонента в категории «универсальная микросхема» является DRV8803 от Texas Instruments. Это устройство описано как «драйверное решение для любого приложения переключения нижнего плеча».

В таком устройстве центр обмоток шагового двигателя подключен к напряжению питания, а к обмоткам подается питание путем включения транзисторов нижнего плеча, чтобы они позволяли току течь от источника питания через половину обмотки, далее через транзистор и на землю.

Подход с использованием универсальной микросхемы удобен, если у вас уже есть опыт работы с подходящим драйвером – вы можете сэкономить несколько долларов, повторно использовав старый компонент, или сэкономить время (и уменьшить вероятность ошибок проектирования), включив известную и проверенную микросхему в вашу цепь управления шаговым двигателем. Но более сложная микросхема может обеспечить расширенную функциональность и упростить задачу проектирования, поэтому предпочтительнее взять шаговый драйвер с дополнительными функциями.

Полнофункциональные драйверы шаговых двигателей

Высокоинтегрированные контроллеры шагового двигателя могут значительно сократить объем проектных работ, связанных с применением более мощных шаговых двигателей. Первая полезная особенность, которая приходит на ум – это автоматическая генерация управляющей последовательности, т.е. способность преобразовывать прямые входные сигналы управления двигателем в требуемые последовательности сигналов. Давайте рассмотрим L6208 от STMicroelectronics, в качестве примера.

Вместо логических входов, которые напрямую контролируют ток, подаваемый на обмотки двигателя, L6208 имеет:

  • Вывод, который выбирает между полушагом и полным шагом.
  • Вывод, который задает направление вращения.
  • Вывод «синхроимпульса», который заставляет внутренний конечный автомат управления двигателем меняться на один шаг при появлении фронта сигнала.

Этот интерфейс гораздо более интуитивно понятен, чем фактические последовательности включения и выключения, которые применяются к транзисторам, подключенным к обмоткам (пример которых приведен ниже).

Это последовательность для управления биполярным шаговым двигателем. «A» и «B» относятся к двум обмоткам, а столбцы «Q» указывают состояние транзисторов, управляющих током обмотки.

Микрошаги

Как следует из названия, функция микрошага заставляет шаговый двигатель выполнять вращение, которое значительно меньше одного шага. Это может быть 1/4 шага или 1/256 шага или где-то посередине. Микрошаг гарантирует точное позиционирование двигателя и обеспечивает более плавное вращение. В некоторых приложениях микрошаг совершенно не нужен. Однако, если ваша система может извлечь выгоду из чрезвычайно точного позиционирования, более плавного вращения или уменьшения механического шума, вам следует рассмотреть возможность использования микросхемы драйвера с возможностью организации микрошагов.

TMC2202 от Trinamic является примером микрошагового контроллера шагового двигателя.

Размер шага может быть всего лишь 1/32 от полного шага, также здесь есть некоторая функциональность интерполяции, которая обеспечивает «полную плавность 256 микрошагов». Эта микросхема также дает вам представление о том, насколько сложным может быть шаговый драйвер – он имеет интерфейс UART для управления и диагностики, специализированный алгоритм драйвера, который улучшает работу в режиме ожидания и низкоскоростную работу, а также различные другие вещи, о которых вы можете прочитать в 81-страничной документации на TMC2202.

Заключение

Если у вас есть микроконтроллер для генерации последовательностей для управления шаговым двигателем и достаточно времени и мотивации для написания надежного кода, вы можете управлять шаговым двигателем с помощью дискретных полевых транзисторов. Тем не менее, почти во всех ситуациях предпочтительнее использовать какую-либо микросхему, и, поскольку на выбор имеется так много устройств и функций, у вас не должно возникнуть особых проблем с поиском компонента, подходящего для вашего приложения.

Как сделать драйвер биполярного шагового двигателя ARDUINO

Недавно приобрел ARDUINO в Китае. Мыслей по изготовление различных устройств- море. Мигать светодиодом на плате очень быстро надоело, захотелось чего то более существенного. Конечно надо бы заказать набор но цена его несколько завышена и пришлось что то искать в интернете, что то придумывать самому. В итоге все равно заказал в том же Китае различные датчики, реле, индикаторы… Немного попозже пришел знаменитый индикатор 1602. С ним поучился работать, тоже довольно быстро освоился. Захотелось поуправлять шаговым двигателем от CD-DVD привода. Ждать с Востока посылку 1-2 месяца не захотелось и я решил попробовать сделать драйвер самостоятельно. Нашел вот такую схему включения биполярного шагового двигателя:

Схема включения биполярного шагового двигателя на микросхеме L293D

Микросхемы в нашей глуши я не нашел, или заказывать микросхемы в российских интернет-магазинах по стоимости 2-3 готовых драйверов за 1 микросхему. Микросхема представляет собой Н- мост из транзисторов. Кстати включать в мост надо или составные биполярные транзисторы (так называемые сборки Дарлингтона), или полевые транзисторы. Одиночным биполярным транзисторам нужна хорошая раскачка, которую контроллер дать не может, иначе получается очень высокое падение напряжение на транзисторе из за того что он открыться не может. Т.к. хороший товарищ занимается ремонтом компьютеров, то с полевиками проблем не возникло. Сначала хотел сделать на биполярниках- но получается в 2 раза больше транзисторов, что не совсем хорошо для габаритов драйвера, да и ток они выдержат гораздо меньший. Выпаяв около десятка полевых транзисторов и почитав на них даташиты я снова впал в уныние- в интернете есть схемы только на парах полевых транзисторов n- и p- типов. И ниодной схемы на транзисторах одного типа я просто не нашел. В компьютерах же используются транзисторы n- типа. Пришлось мудрить на макетной плате небольшой девайс на полевиках, попробовал управлять светодиодами, получилось и я решил собрать готовое устройство. Драйвер не нуждается в налаживании ибо налаживать здесь практически нечего. Единственная проблема возникла с программным обеспечением. Нашел даташит на похожий двигатель и по графикам работы выставил состояния выходов. После этого осталось только подобрать delay и все- устройство готово! Собственно схема замены микросхемы L293D.

Драйвер на полевых транзисторах n-типа

Данные транзисторов даны просто так- в мультисиме никак не смог их изменить. Я использовал транзисторы P60N03LDG в корпусе ТО-252 . В ней все довольно просто: при поступлении напряжения на один из входов U1 или U2 открываются 2 транзистора в верхнем и нижнем плече, причем крест- накрест. Таким образом переключается полярность напряжения на двигателе. А чтобы не подавалось напряжение сразу на 2 входа (это вызовет КЗ цепи питания) и использовал схему включения L293D. При таком включении NPN-транзистор не позволяет открывать сразу все 4 транзистора Н-моста. Кстати 1 двигатель будет управляться по 2 выходам Arduino, что крайне важно для экономии выходов и входов микроконтроллера. Еще условие- минусовой провод транзисторных ключей обязательно должен быть соединен с минусовым выводом платы управления. Питание подается на плату управления от Arduino, на ключи- от внешнего БП. Это позволяет подключить достаточно мощные двигатели. Все зависит от характеристик транзисторов. Итак для одного драйвера вам нужно 8 полевых транзисторов (P60N03LDG или любые другие n-канальные), любые 2 SMD-биполярных транзистора NPN (у меня стоят с маркировкой t04), smd-резисторы типоразмера 0805, и 4 такие же перемычки того же размера (на них написано 000 или просто 0). Все эти детали можно найти на старых и негодных материнских платах. Обязательно проверьте детали перед установкой.

Плата драйвера Arduino

Выкладываю плату в формате Layout6. Плата драйвера скачать. Замечу что у вас должен получится именно такой вид- надписи должны быть читабельными а не перевернутыми, учитывайте это при печати платы, детали ведь будут установлены со стороны дорожек. Разъемы тоже выпаиваем из материнки феном, отрезаем сколько по надо количеству пинов и впаиваем в нашу плату- так гораздо удобнее и надежнее нежели чем паять провода в плату. Разберемся с назначением выводов: выводы Out1 и Out2- подключение обмоток шагового двигателя, In1,2- вход от Arduino, ±5V- питание управления от Arduino (сделал двойной разъем т.к. подключать питание можно шлейфом сразу к нескольким блокам), 2 перемычки располагаются на другой стороне платы, по ним подается напряжение на ключи. Размер платы- 43х33мм. Кто желает- может еще больше минимизировать.

Разберемся с программным обеспечением для шагового двигателя. Для любого шагового двигателя необходимо найти даташит или, на худой конец, диаграмму его работы. Я нашел только диаграмму, она выглядит так:

Диаграмма работы шагового двигателя

Цифрами указаны номера шагов. Исходя из того что при переключении контроллером высокого уровня на низкий драйвер сам переключит нужные ключи, то пишем, например, состояния только для верхних графиков каждой обмотки. Первый шаг: первая обмотка- первый провод +(HIGH), другой автоматически переключится драйвером на минус (LOW), напоминаю что описываем по первому проводу каждой обмотки. Вторая обмотка: первый провод — (LOW), второй + (HIGH), второй провод переключится драйвером автоматически. Переходим к первому изменению графика. Это 2 шаг. Описываем состояние только первых проводов. 1 провод первой обмотки остался HIGH, 1 провод второй сменился с LOW на HIGH . Третий шаг- 1 провод первой обмотки сменился HIGH на LOW, 1 провод второй остался HIGH. Четвертый шаг: 1 провод первой обмотки остался LOW, 1 провод второй обмотки сменился с HIGH на LOW. Описывать можно с любого шага, главное сохранять последовательность. Чтобы двигатель вращался в другую сторону нужно просто сдвинуть в диаграмме значения любой обмотки на полцикла в любую сторону. Таким образом можно писать программное обеспечение для драйверов. Нужно лишь знать диаграмму и правильно описать ее состояние на выходные пины.

Читать еще:  Щелчки при запуске двигателя ваз 21099

Теперь подключаем плату к Arduino, двигателю. Забрасываем такой скетч:

// подключаемся к 8,9 выводам arduino
int input1 = 8;
int input2 = 9;
int stepCount = 5; //задержка между шагами регулирует скорость двигателя

void setup()
<
pinMode(input1,OUTPUT);
pinMode(input2,OUTPUT);
>

void loop()
<
//1-ый шаг
digitalWrite(input1,LOW);
digitalWrite(input2,HIGH);
delay(stepCount);

//2-ой шаг
digitalWrite(input1,HIGH);
digitalWrite(input2,HIGH);
delay(stepCount);

//3-ий шаг
digitalWrite(input1,HIGH);
digitalWrite(input2,LOW);
delay(stepCount);

digitalWrite(input1,LOW);
digitalWrite(input2,LOW);
delay(stepCount);

Подаем питание на драйвер, меняем, если надо, выводы одной обмотки и думаем куда приспособить данный девайс (можно открывать по времени и температуре форточки в теплице, управлять жалюзи и многое другое). Обращаю внимание что двигатель будет крутиться без остановки по данному скетчу, если надо- загоните в цикл и крутите на требуемое значение или, что еще лучше, напишите библиотеку и подключайте ее напрямую. Конечно это не такой крутой драйвер как на микросхеме, но для экспериментов, пока идут нормальные драйверы из Китая, его более чем достаточно. Всем удачи и успехов в осваивании микроконтроллеров. Подробнее о микроконтроллерах ARDUINO читайте ЗДЕСЬ.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Tamkovich.com: Телеком/VoIP блог

Современные технологии: Asterisk, SIP, Kamailio, Linux, Cisco, Linksys

  • Home
  • Об Авторе

Рубрики

  • Android
  • Asterisk
  • ITSP
  • Linux
    • Desktop
  • Безопасность
  • Документация
  • Железо
    • Cisco
  • Книги
  • Мониторинг
  • Программирование
  • Путешествия
  • Разное
  • Роботы
  • Сделай сам

Метки

  • Регистрация
  • Войти
  • Лента записей
  • Лента комментариев
  • WordPress.org

Комментарии

    rius (2020-08-12 13:04): К примеру, тут http://vbp.maxnet.ru/files и https://www.thingiverse.com/ri us/designs или связаться со мной —.
    Dmitry (2019-04-30 19:08): В статье описано только то, что сделать для попадания сообщений о флуде в лог, но ведь нужно еще fail2ban на эти.
    Синхронист (2019-04-26 20:08): А где можно скачать готовые файлы для заливки в ЧПУ?
    Александр (2018-02-12 11:18): TDA5145 — это очень плохая микросхема сама по себе, и тем более, когда её пытаются использовать для моторчиков.
    Маэстро (2017-04-27 06:41): это не просто телек а чюдо ! шедевр технологий ! и сама фирма ( но если SONY теперь или на будущие начнет халтурить и.
    Джон Смит (2017-01-14 11:25): Здравствуйте, много лет прошло с написания этой статьи, но и по сей день она не потеряла актуальности, спасибо Вам.
    Simplew (2016-09-02 18:52): > А если нужно провести 10 тысяч регистраций в 4 потока, какие нужны опции? xml под это дело есть, а вот опции.
    techbird (2016-06-28 22:20): как вариант,залогиниться(root) по ssh к своему серверу набрать echo ’12 2 * * * root find /http/image/cache.
    Alexey (2016-06-10 19:41): Тут кто то еще этим занимается? Сейчас пытаюсь разобраться с данной темой но чет на такие подводные камни натыкаюсь(
    Den (2016-05-31 01:25): http://youtu.be/qIqfAQV-hCU тут самый простой способ пуска движка hdd от батарейки на простом мк

Устройство управления шаговым двигателем на базе ПЛИС Altera

17 апреля, 2011 by rius

В продолжение темы управления электромоторами, начатой в статье Управление мотором жесткого диска — сегодня мы поговорим о другой разновидности электромоторов — о шаговых двигателях. Сперва немного общих сведений о шаговых двигателях.

К достоинствам шаговых двигателей можно отнести:

  • угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель
  • двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны)
  • прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу
    возможность быстрого старта/остановки/реверсирования
  • высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников
  • однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи
  • возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора
  • может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов

К недостаткам шаговых двигателей можно отнести:

  • возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи
  • потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки
  • затруднена работа на высоких скоростях
  • невысокая удельная мощность
  • относительно сложная схема управления

Биполярные и униполярные шаговые двигатели
В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся на биполярные и униполярные. Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля переполюсовывается драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двуполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода (рис.1а).


Рис. 1. Биполярный двигатель (а), униполярный (б) и четырехобмоточный (в).

Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Таким образом, в униполярном двигателе используется другой способ изменения направления магнитного поля. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов (рис. 1б). Иногда униполярные двигатели имеют раздельные 4 обмотки, по этой причине их ошибочно называют 4-х фазными двигателями. Каждая обмотка имеет отдельные выводы, поэтому всего выводов 8 (рис. 1в). При соответствующем соединении обмоток такой двигатель можно использовать как униполярный или как биполярный. Униполярный двигатель с двумя обмотками и отводами тоже можно использовать в биполярном режиме, если отводы оставить не подключенными. В любом случае ток обмоток следует выбирать так, чтобы не превысить максимальной рассеиваемой мощности.

Преимущества биполярных шаговых двигателей
Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают больший момент. Момент, создаваемый шаговым двигателем, пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Путь для повышения магнитного поля – это увеличение тока или числа витков обмоток. Естественным ограничением при повышении тока обмоток является опасность насыщения железного сердечника. Однако на практике это ограничение действует редко. Гораздо более существенным является ограничение по нагреву двигателя вследствии омических потерь в обмотках. Как раз этот факт и демонстрирует одно из преимуществ биполярных двигателей. В униполярном двигателе в каждый момент времени используется лишь половина обмоток. Другая половина просто занимает место в окне сердечника, что вынуждает делать обмотки проводом меньшего диаметра. В то же время в биполярном двигателе всегда работают все обмотки, т.е. их использование оптимально. В таком двигателе сечение отдельных обмоток вдвое больше, а омическое сопротивление – соответственно вдвое меньше. Это позволяет увеличить ток в корень из двух раз при тех же потерях, что дает выигрыш в моменте примерно 40%. Если же повышенного момента не требуется, униполярный двигатель позволяет уменьшить габариты или просто работать с меньшими потерями. На практике все же часто применяют униполярные двигатели, так как они требуют значительно более простых схем управления обмотками. Это важно, если драйверы выполнены на дискретных компонентах. В настоящее время существуют специализированные микросхемы драйверов для биполярных двигателей, с использованием которых драйвер получается не сложнее, чем для униполярного двигателя. Например, это микросхемы L293E, L298N или L6202 фирмы SGS-Thomson, PBL3770, PBL3774 фирмы Ericsson, NJM3717, NJM3770, NJM3774 фирмы JRC, A3957 фирмы Allegro, LMD18T245 фирмы National Semiconductor. В моей работе была использована микросхема KР1128КТ4, которая является отечественным аналогом микросхемы L293D.

Способы управления шаговым двигателем и соответствующие временные диаграммы
Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя.
Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис 2а). Этот способ называют ”one phase on” full step или wave drive mode. Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у незапитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что для биполярного двигателя в один и тот же момент времени иcпользуется 50% обмоток, а для униполярного – только 25%. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент.


Рис. 2. Различные способы управления фазами шагового двигателя.

Второй способ — управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют ”two-phase-on” full step или просто full step mode. При этом способе управления ротор фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора (рис. 2б) и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на пол-шага.

Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, ”one and two-phase-on” half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две (рис. 2в). В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позволяет получить полный момент, хотя наиболее совершенные драйверы реализуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечивает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не превышает номинальной.

Еще один способ управления называется микрошаговым режимом или micro stepping mode. При этом способе управления ток в фазах нужно менять небольшими шагами, обеспечивая таким образом дробление половинного шага на еще меньшие микрошаги. Когда одновременно включены две фазы, но их токи не равны, то положение равновесия ротора будет лежать не в середине шага, а в другом месте, определяемом соотношением токов фаз. Меняя это соотношение, можно обеспечить некоторое количество микрошагов внутри одного шага. Вместе с тем, для реализации микрошагового режима требуются значительно более сложные драйверы, позволяющие задавать ток в обмотках с необходимой дискретностью. Полушаговый режим является частным случаем микрошагового режима, но он не требует формирования ступенчатого тока питания катушек, поэтому часто реализуется.

Читать еще:  Газотурбинные паротурбинные установки и двигатели работа

Моей задачей была реализация полношагового и полушагового режимов. Полушаговый режим запустить так и не удалось. Я склонен думать, что виноват двигатель: он был взят из старого трехдюймового дисковода. Это был единственный двигатель из 4 штук, который вообще удалось запустить.

Драйвер шагового двигателя.
Спроектированный мной драйвер шагового двигателя состоит из счетчика и генератора битовых последовательностей.


Рис. 3. Счетчик

Счетчик, используемый в моей работе имеет 16 разрядов, и является суммирующим. Существует возможность сбросить его значение в 0 с помощью сигнала RESET, однако в моей работе данная возможность не используется. Из шины выходных проводов мне нужен 16-й провод, соответствующий старшему разряду, сигнал которого имеет минимальную частоту. Назначение счетчика – поделить поступающую тактовую частоту 25 Мгц со встроенного тактового генератора. Значение полученной в результате деления частоты определяется разрядностью счетчика, и в данном случае она равна 381 Гц, что соответствует делению базовой частоты 25 МГц на число 216=65536. Они реализованы следующим образом на языке AHDL:

Если необходимо получить частоту, отличную от 381 Гц, то можно использовать на входе генератора битовых последовательностей вместо используемого в текущей конфигурации провода Result15 другой провод из шины Result. Например, если вывести провод Result13, то частота на входе генератора увеличится в 4 раза и станет равной 25000000 / 214 = 1524 Гц. Однако, таким образом нельзя получить частоту меньше 381 Гц. Для этого надо изменить размерность массива D-триггеров счетчика в строке:

VARIABLE count[15..0]: DFF;
Например, так можно сделать размерность массива триггеров равной 20
VARIABLE count[19..0]: DFF;
Тогда с провода Result19 можно получить частоту 25000000 / 220 = 24 Гц.

Генератор битовых последовательностей.
Генератор битовых последовательностей представляет собой автомат Мура, для которого сигнал на выходе зависит от текущего состояния автомата и входных сигналов.


Рис. 4. Генератор последовательностей

Автомат имеет 8 состояний. Зависимость значения на выходе от состояния приведено в таблице:

Принцип работы и разновидности биполярного шагового двигателя

Практически все электрические приборы функционируют с помощью приводных механизмов. Они могут иметь различное строение и принцип работы, а также особенности настраивания. Существуют разные типы таких приспособлений. Одним из наиболее востребованных и доступных по цене считается биполярный шаговый двигатель, благодаря которому можно обеспечить реализацию систем точного позиционирования.

  • Общие сведения
  • Принцип работы
  • Основные режимы
  • Разновидности приспособления
    • Прибор с переменными магнитами
    • Гибридные модели
    • Двухфазные моторы
    • Другие типы устройств

Общие сведения

Существует две разновидности приспособления: униполярный шаговый двигатель и биполярный. Устройство представляет собой синхронный бесщеточный электродвигатель, имеющий одну или несколько обмоток. Ток, который подается на обмотки статора, вызывает фиксацию ротора, благодаря чему осуществляются его дискретные угловые перемещения или шаги.

Первые модели таких приспособлений появились еще в 30-е годы XIX века и представляли собой своеобразный магнит, приводящий в движение храповое колесо. Во время включения оно перемещалось на величину зубцового шага. Раньше механизм использовался на кораблях военного флота Великобритании с целью перемещения торпед в нужную сторону.

Через несколько лет и армия США переняла это приспособление и стала активно применять его в своих военных кораблях и других механизмах. В 1919 году шотландец Уолкер получил патент на двигатель с ротором.

В настоящее время подобные механизмы востребованы и часто применяются. Шаговый мотор используется для обеспечения бесперебойного функционирования шлифовального и фрезерного станков, различных бытовых приборов, производственных механизмов и транспорта, а также жестких дисков персональных компьютеров. Именно поэтому он так востребован. Устройство состоит из нескольких частей:

  • контролер, предназначенный для регулирования работы шагового привода;
  • специальные магнитные части;
  • обмотки;
  • панель, выполняющая роль блока управления;
  • сигнализаторы и передатчики, благодаря которым работа устройства отлаженная и бесперебойная.

Биполярные двигатели имеют только одну обмотку в одной фазе, тогда как униполярные содержат две. Первые считаются более сложными в управлении, но обеспечивают плавную работу устройства.

Принцип работы

Шаговый двигатель работает по простым принципам. Первый этап — приложение напряжения к клеммам. Благодаря этому щетки на самом устройстве начинают постоянно двигаться. Двигатель холостого хода имеет свойство преобразовывать входящие импульсы.

Эти импульсы имеют прямоугольную направленность и преображение идет в заранее определенное положение ведущего вала, который к нему приложен. Вследствие этого вал перемещается под определенным углом. Оснащенные подобным редуктором приспособления довольно эффективны и надежны при условии наличия нескольких электромагнитов. Находиться они должны вокруг центральной детали из железа, имеющей зубчатую форму.

Внешняя цепь, отвечающая за управление, подает сигнал к магниту. При возникновении необходимости повернуть вал в ту или иную сторону тот электромагнит, на который был послан импульс, начинает быстро притягивать к себе зубья колеса. Они постепенно выравниваются с этим элементом, но смещаются по отношению к другим магнитным частям приспособления.

После выключения первого электромагнита включается второй и начинается беспрерывное движение шестеренки. Благодаря этому деталь выравнивается с предыдущим колесом. Такой цикл повторяется необходимое количество раз. Каждый из них и называется постоянным шагом. Именно поэтому двигатель получил такое название. Вычислить скорость его работы можно с помощью подсчета шагов, которые необходимы для обеспечения полного цикла.

Контролировать работу приспособления можно с помощью специального драйвера. Обычно это необходимо в случае настраивания станка или ветрогенератора.

Основные режимы

Изделие функционирует в нескольких режимах, которые предварительно настраиваются в зависимости от потребностей человека. Наиболее распространенными считаются следующие:

  • Волновой режим предполагает протекание электрического тока только через одну обмотку. Сегодня он используется редко, для того чтобы снизить нагрузку на двигатель и количество потребляемой электроэнергии.
  • Полношаговый — используется гораздо чаще и считается стандартным режимом для этого типа двигателя. Напряжение на обмотке при такой работе одинаково и приспособлению требует максимальное напряжение для корректного функционирования.
  • Полушаговый режим — один из оригинальных способов изменить работу приспособления и при этом не затрагивать блок управления. Заключается в одновременном запитывании всех пар обмоток, что приводит к повороту ротора на половину своего обычного шага. Используя этот метод, можно получить двигатель с двойной мощностью при минимальных затратах электроэнергии. Он будет меньше изнашиваться и прослужит дольше, чем тот, что постоянно работает в полношаговом режиме.
  • Микрошаговый режим сегодня считается наиболее часто применяемым при использовании шагового двигателя. Принцип действия заключается в подаче на обмотку не импульса, а сигнала, напоминающего синусоиду по форме. Такой режим делает работу двигателя более плавной, а переход от одного шага к другому незаметным. Благодаря этому уменьшаются рывки и скачки приспособления, оно может функционировать как обычный двигатель постоянного тока.

Последний режим имеет преимущество, поскольку представляет собой скорее метод подпитки двигателя, а не управления обмотками. Именно поэтому может использоваться при волновом или полношаговом способе работы приспособления. Если рассмотреть схему функционирования прибора в микрошаговом режиме, может показаться, что шаги становятся больше. На самом деле это не так, но процесс все равно становится плавным и отсутствуют рывки.

Разновидности приспособления

В зависимости от некоторых деталей различают несколько типов шаговых двигателей. Каждый из них имеет некоторые особенности функционирования.

Двигатель с постоянным магнитом считается наиболее популярным, отличается простотой настройки и эксплуатации. Устройство несет в себе магнит круглой формы, напоминающий диск и имеющий разные полюса. Обмотки статора при включении прибора притягивают и отталкивают магнит на роторе, что и обеспечивает кручение механизма.

При использовании такого типа двигателя величина шага измеряется, и показатель колеблется в пределах 45−90 градусов. Простота применения приспособления делает его востребованным, а длительный срок службы позволяет не думать о частой замене.

Прибор с переменными магнитами

Такие приспособления не имеют на роторе специального магнита. Эта деталь изготовлена из магнитного, мягкого металла, имеет форму зубчатого диска, напоминающего шестеренку. На статоре расположено более четырех разных обмоток. Запитываются они в противоположных парах и притягивают к себе ротор.

Стоит отметить, что величина крутящегося момента несколько снижается, поскольку в устройстве отсутствует постоянный магнит. Это считается недостатком, но есть и достоинство, поскольку при работе приспособления нет момента стопора.

Стопорящий момент заключается во вращении, создаваемом расположенными на роторе постоянными магнитами. Они притягиваются к статору, а именно к его арматуре при отсутствии в обмотках электрического тока. Зафиксировать этот момент просто — необходимо попытаться рукой повернуть двигатель в отключенном состоянии. При этом обычно слышны щелчки на каждом шаге. Диапазон шага в таком двигателе колеблется в пределах 5−15 градусов.

Гибридные модели

Название свое этот тип приспособлений получил из-за особенности работы, которая предполагает сочетание принципов шагового двигателя с постоянными и переменными магнитами. Обладает хорошими удерживающими и динамическими крутящими моментами. Достоинством прибора считается минимальная величина шага, которая не превышает показатель в 5 градусов. Именно благодаря этому обеспечивается максимальная точность.

Механические части приспособления вращаются гораздо быстрее, чем в других моделях с подобным принципом работы. Часто используются в станках для производства. Главным недостатком такого двигателя считается его высокая стоимость.

Известно, что обычный мотор с 8 обмотками будет иметь по 50 положительных и отрицательных полюсов, но произвести такой магнит невозможно. Именно поэтому устройство гибридного двигателя включает в себя 2 магнитных диска, каждый имеет 50 зубцов, а также постоянный магнит цилиндрической формы.

Диски в процессе изготовления прибора привариваются к разным полюсам этого цилиндрического магнита и получается, что один из них на каждом из своих зубьев имеет положительный полюс, а другой — отрицательный. Если смотреть на конструкцию сверху, она выглядит как один диск, имеющий 100 зубьев.

На один оборот такого двигателя приходится 75 шагов, каждый из которых имеет показатель не более, чем 1,5 градуса.

Двухфазные моторы

Двухфазный шаговый двигатель очень прост в использовании, установить его и настроить может даже человек без опыта и соответствующих навыков. Приспособление имеет два типа обмотки для катушек:

  1. Униполярная заключается в установке одной обмотки, а также специального магнитного крана в центре, влияющего на любую фазу. Каждая секция включается для обеспечения необходимого направления магнитного поля. Достоинством этой конструкции считается возможность функционирования без специального переключения. На каждую обмотку понадобится один транзистор, поэтому установка прибора облегчается. На одну фазу приходится три провода, а на выходной сигнал необходимо шесть проводов. Подключать обмотки можно также посредством присоединения проводов с постоянными магнитами. Стоит помнить, что повернуть вал будет непросто при прикосновении клемм. Это связано с тем, что общий провод по длине несколько больше, чем та часть, которая используется для присоединения катушек.
  2. Биполярные типы моторов имеют только одну обмотку. Электрический ток в нее поступает особенным переломным методом посредством полюса, обеспеченного магнитом. На любую фазу приходится два разных провода. Устройство несколько сложнее, чем в униполярных моделях, но эффективность выше.

Существуют также трехфазные двигатели, имеющие узкую область использования: дисководы, различные фрезерные станки, принтеры и некоторые автомобили, где используется необычная заслонка.

Другие типы устройств

Главная особенность реактивных приспособлений — маленький шаг, который достигает не более 1 градуса, а также расположение зубцов, находящихся на полюсах статора. Недостаток такого мотора — отсутствие синхронизирующего момента в случае обесточивания обмоток.

Для изготовления такого прибора понадобится специальный коммутатор, поэтому стоимость его высока. Самостоятельное создание также исключается по причине сложности конструкции.

Синхронные линейные шаговые моторы используются в случае, когда необходимо автоматизировать производственный процесс. Для этого следует обеспечить перемещение объектов в плоскости. С этой целью применяется специальный преобразователь, который изменяет вращательное движение на поступательное. Достичь этого можно путем использования кинематики.

Именно с этой целью и применяется линейный двигатель, преобразующий импульсы в перемещение по одной линии. Помимо автоматизации процесса, приспособление упростит кинематическую схему проводов. В таком приборе статор изготовлен из мягкого магнитного металла, а также имеется постоянный магнит. Стабильная работа двигателя осуществляется при условии постоянной подачи импульсов на обмотки.

Шаговые моторы — универсальные приспособления, обеспечивающие бесперебойное функционирование множества электрических приборов и производственного оборудования.

Arduino.ru

управление биполярным шаговым двигателем напрямую

здраствуйте, такой вопрос: имеется маломощный, биполярный шаговый двигатель, с потреблением 15-20ма. можно ли управлять им напрямую с атмеги, без драйвера?

даташит на двигатель:

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Биполярным без драйвера — никак !

Если по униполярному еще можно скидать простенький аналог драйвера на транзисторах, то тут без вариантов.

А чем драйвер то не устраивает?

Во первых — есть масса режимов, которыми собственно драйвер управляет (шаг, полушаг, микрошаг).

Во вторых — питание на мотор заводится отдельно — бывает свесьма полезно!

В третьих — в случае КЗ — спалите драйвер а не контроллер. Но при небольших токах это весьма непросто сделать.

В четвертых — есть возможность простой регулировки тока!

Да и работает все очень просто !

Если есть вопросы по драйверам и работе — задавай, много раз собирал на них конструкции и писал под них код.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Биполярным без драйвера — никак !

Если по униполярному еще можно скидать простенький аналог драйвера на транзисторах, то тут без вариантов.

А чем драйвер то не устраивает?

Во первых — есть масса режимов, которыми собственно драйвер управляет (шаг, полушаг, микрошаг).

Во вторых — питание на мотор заводится отдельно — бывает свесьма полезно!

В третьих — в случае КЗ — спалите драйвер а не контроллер. Но при небольших токах это весьма непросто сделать.

В четвертых — есть возможность простой регулировки тока!

Да и работает все очень просто !

Если есть вопросы по драйверам и работе — задавай, много раз собирал на них конструкции и писал под них код.

драйвер то меня устраивает, только мне нужен малого размера и в sop корпусе поверхностного монтажа, есть L293, но он в дип корпусе. сегодня нашел DRV8825, скорей всего закажу его. Я хочу самостоятельно собрать датчик буста, имеется китайский датчик, внешний вид очень прикольный, но внутрь лучше не заглядывать, там PIC управляет шаговым двигателем напрямую 🙁 шаговый двигатель из даташита выше, я выпаял с приборки бмв, датчик давления ака мап сенсор, возьму бошевский, с мерседеса. в общем я немного ограничен размерами, поэтому мне нужен драйвер в sop корпусе. как вы думаете, DRV8825 сойдет для этого? A вообще, А4988 понравился мне больше, только максимальный шаг у него 1/16, a 8825 1/32

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

DRV8825 рулится так же как и А4988 , но может и 132 выдавать. самый простой способ с ним подружиться — купить готовый драйвер , отладить программу, потом тупо отпаять микру и обвес, поставив все на свою плату !

По 8825 — у него ток может быть выше, но как я понимаю — не критично в вашем варианте. Так же — у 4988 — по даташиту питание мотора от 8 вольт, в реальности — питал мотор (некий китайский , диаметром около 1см, не скажу параметров) начиная от 2.5 вольт, микра нормально отрабатывала, по 8825 — не могу пока подтвердить , что сможет при низких напряжениях работать! Если очень надо — смогу с понедельника-вторника проверить — сейчас опять собираю проект , в котором будет и шаговый учавствовать, 8825 тоже имеется 🙂

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

или 2 штуки IRS2101S SOIC-8

l9110 тоже 2 штуки SOP8

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

закажу DRV8825, A4988, и l9110. как приедет, посмотрю что мне подойдет больше. спасибо)

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

А я не очень понял, почему без драйвера нельзя.

Если верить дата, то он будет крутиться и от 3.3, хотя помедленнее, ну а 20 ма ножми обеспечить должны.

Я бы на Вашем месте попробовал.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

там же рабочее напряжение 10 вольт, от мешьшего будет ли его вращать?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

1. Биполярный шаговый двигатель будет работать ТОЛЬКО вкупе с контроллером, поиному никак ! Можно конечно этот дрвйвер сделать самому, но овчинка выделки не стоит !

2. напряжение питания НИКАК (если будет малым — он просто не сможет сделать шаг) не влияет на скорость вращения — скорость вращения для шагового — это частота следования импульсов на входе step контроллера, плюс, есть еще такой момент как угол поворота движка на один полный шаг. Есть еще один важный момент (а данном случае он некритичен) как максимально возможная скорость вращения. Обычно все это отражено в графиках на даташите к каждому конкретному мотору.

Не поленитесь — посмотрите даташит на этот мотор — там описано управление 🙂

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

попалась такая микра XC33192 от Motorolla, снята с шагового двигателя заслонки климат-контроля. вот только даташит нигде не могу найти, хотя очень устраивает из за минимальной обвязки. может кто то поможет с даташитом на нее?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Что то тоже не смог наскоком найти ! Вы внимательно осмотрите то, что уже есть. Поидее, если перенесёте все вместе с обвязкой — будет работать как и работала! На плате надо найти три провода уходящие к схеме управления. это и будут en, step, dir. Потом можно простосто поиграть с проводами, даже без МК — тупо подавать лог. уровни на ножки и смотреть что происходит. Тоесть перемешаемся по ним и ищем step — для примера , будем их нумеровать 1,2,3. Подаём на 1 и 2 ноль, даем инпульсы 0-1 на 3-ю, потом смещаемся на одну ножку, тоесть подаём 0 на 2 и 3. ну и т.д. — находим таким образом step. На двух оставшихся играем уровнями, чтобы выяснить какой из них dir — при подаче на него 1 — мотор начнет вращаться (делать шаги) в противоположную сторону.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Что то тоже не смог наскоком найти ! Вы внимательно осмотрите то, что уже есть. Поидее, если перенесёте все вместе с обвязкой — будет работать как и работала! На плате надо найти три провода уходящие к схеме управления. это и будут en, step, dir. Потом можно простосто поиграть с проводами, даже без МК — тупо подавать лог. уровни на ножки и смотреть что происходит. Тоесть перемешаемся по ним и ищем step — для примера , будем их нумеровать 1,2,3. Подаём на 1 и 2 ноль, даем инпульсы 0-1 на 3-ю, потом смещаемся на одну ножку, тоесть подаём 0 на 2 и 3. ну и т.д. — находим таким образом step. На двух оставшихся играем уровнями, чтобы выяснить какой из них dir — при подаче на него 1 — мотор начнет вращаться (делать шаги) в противоположную сторону.

где en это питание двигателя?

я уже смотрел на плату, и даже отпоял контроллер. правда схема там какая то странная, все ножки второй стороны контроллера соедененны вместе, а от первой стороны, идут 4 дорожки к выводам двигателя, и 3 дорожки на сам штекер, один большой конденсатор снизу платы, и один маленький танталовый сверху, больше никакой обвязки. к сожаления платы уменя щас нету рядом, в инете тоже не смог найти фотку

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

en — это сигнал enable — при подаче на него лог 0, задействуется драйвер и подаётся питание на мотор.

Его кстати может и не быть, иногда его вешают изначально на ноль, и мотор всегда задействован.

Куча ножек запаяных — это скорее всего ножки , управляющие коэффицентом шагов (полный шаг, полушаг и т.д.)

Питание на микру как правило распараллелено с питанием мотора, но не всегда. Просто микре нужно 5 вольт (в вашем случае возможно, что микросхема адаптирована под использование в авто, и может питаться и другим напряжением!) а мотор может требовать например 24 вольта. По сути микросхема управляет ключевыми транзисторами, которые подают питание на обмотки. При этом схема ключей такова, что может менять полярность. Собственно — четыре вывода на мотор — никак не должны быть соединены с общей схемой питания, поскольку низменить в таком случае полярность не получится !

Пробуйте понять какие провода управляющие а какие питающие, те черыре что к мотору — только мотору и принадлежат !

Те три , что к штеккеру — питание и сигнал, но боюсь , что управляющий в вашем случае модулирован ШИМ, попробуйте на него с ардуинки подать шим, посмотрите что будет. Питание — по кондёру поймёте.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector